«Сегодня не идём на лекцию по «Антенным устройствам» - на Солдатской улице новый пивной бар открыли.
Я слабо пытался возразить, но два студента-вечерника, любителей пива, посещающие в свободное время ещё и спортзал, подхватив меня под локти, стали оттаскивать от дверей института. Сопротивляться было бесполезно, да и не очень то хотелось.
Виртуальные теоретические выкладки, описывающие радиоволны, всякие там коэффициенты, типа бегущих и стоячих волн сразу стали преобразовываться в реальные кружки с янтарным пенистым напитком, запах которого смешивался с запахом креветок.
Я вспомнил об этом эпизоде спустя 35 лет, когда увидел самодельные антенны, изготовленные из пивных баночек. Конечно, они были далеки от совершенства, сделанные, скорее всего, чисто по памяти, или понаслышке но, тем не менее, заслуживали внимания. Лёгкая конструкция вибратора вполне подходит для приёма телевидения в дециметровом диапазоне волн.
Как всё просто, попить пивка и сделать антенну. Эх, если бы аналогичный подход был в институте, то получать высшее образование было бы намного интереснее.
Антенна из сломанной снегоуборочной лопаты для меня намного сложнее и не поддаётся расчёту, хотя на практике, скорее всего, вполне работоспособна. И всё же предпочтение я бы отдал пивным баночкам, они мне ближе, да и по конструкции парусность таких антенн меньше. Конечно я не специалист в области антенн, это уже видно по вступлению, а поэтому могу ошибаться в своих высказываниях.
Мне, например, до сих пор не понятно, почему антенны покрывают никелем и хромом, металлами с плохой электропроводностью, учитывая тот факт, что СВЧ поле проходит по их поверхности. Но ведь работает!
Отвлёкся, речь пойдёт о рамочной антенне.
Я всегда голосую за громоздкие антенны, так как чем больше их площадь, тем более они эффективны. Но не всегда дают возможность голосовать и, как быть если антенна должна занимать мало места, в составе устройства, утыканного моторчиками, видеокамерами, передатчиками, и которая ко всему ещё должна обеспечить помехозащищённость приёмнику управления. Тут, конечно, не обойтись без малогабаритной рамочной антенны, которая может принять любую форму от круга до прямоугольника или квадрата. Как всякий колебательный контур, имеющий резонанс, такая антенна улучшает избирательность приёмного устройства, обеспечивает ему защиту от внешних помех, а используемая в качестве передающей антенны, дополнительно подавит высшие гармоники передатчика.
В старой компьютерной мышке приёмник настроен на частоту 27 МГц. Его рамочная антенна состоит из двух дорожек-витков на стеклотекстолите.
Дальность при использовании рамочной антенны на 144 МГц на радиоуправляемой модели увеличилась в два раза в сравнении с укороченной штыревой антенной. Стоило только включить дистанционно видеокамеру на планере, как тот терял управление, так как вход его приёмника телеметрии со штыревой антенной затыкался помехами, которые излучала видеокамера.
Как-то произошёл со мной чисто комический случай, но уже на частотах приёма эфирного цифрового телевидения в диапазоне 490 — 600 МГц. Приладил я к цифровой приставке телевизора антенну от AverMedia (цифровой тюнер телевизионных программ для компьютера) — нет сигнала (дальность от Останкино 80 км). Подсоединил аналогичный линейный разрезной вибратор к первой антенне — есть сигнал!
Не запостил — значит не сделал.
Решил сфотографировать результат. Включаю цифровую камеру с расстояния двух метров от комбинированной антенны — нет приёма! Отрицательный результат — тоже результат, что говорит о плохой помехозащищённости линейного разрезного вибратора. А вот контур, будь это рамочная петлевая антенна (длина круга равна длине волны) или рамочная (длина круга меньше длины волны или составляет четвёртую её часть) — другое дело. Замкнутый заземлённый контур спасал приёмный тракт даже от грозовых разрядов.
Петлевая антенна вела себя вполне адекватно в телевизионном диапазоне, но её размеры на частоте 144 МГц были намного больше управляемой игрушки.
Конструкция антенны на 144 МГц представляет собой колебательный контур с автотрансформаторной и емкостной связью приёмного или передающего устройства.
Я покажу для наглядности, как колебательный контур превратился в антенну.
Вот его электрическая схема.
Мы все привыкли к такой конструкции колебательного контура (фото 6). Но это всё равно, что ловить рыбу сложенной сетью. Нет никакого улова!
Теперь надо раскрыть сеть, чтобы, таким образом, увеличить площадь антенны, и тогда улов обеспечен (фото 7).
Антенна на 144 МГц
Получилась гармониковая антенна, так как её основной резонанс на частоте 72 МГц, а второй резонанс на частоте 144 МГц.
Такая конструкция позволила немного увеличить размер самой антенны, что делало её более эффективной. Второй резонанс имеет более широкую полосу согласования, тем самым обеспечивая удобство настройки и лучшую стабильность частоты от воздействия внешней среды.
Конструкция рамочной антенны на 144 МГц из провода.
Я использовал провод МГШВ диаметром 1 мм. Длина большого кольца 415 мм, меньшего 225 мм. Номинальные значения конденсаторов после окончательной настройки составляют 6,2 пФ.
Решил проверить расчёт антенны в обратном порядке.
Общая длина кольца = 415+225 = 640 мм
Радиус кольца R = 640/2 х 3,14 = 102 мм
Диаметр витка провода D = 2R = 204 мм
Диаметр провода Dп = 1 мм
В онлайн расчёте однослойной катушки индуктивности определяю индуктивность 1 витка.
L = 0,737 мкГн
В онлайн расчёте резонанса колебательного контура определяю частоту и номинал конденсатора.
Конденсатор ёмкостью 6,6 пФ.
В качестве контурного конденсатора я использовал подстроечный конденсатор с номиналом 3 – 15 пФ. Окончательная подстройка осуществляется на самом изделии, так как его металлические части влияют на резонанс контура.
Конструкция рамочной антенны из самоклеящейся медной фольги.
Фольга наклеена на пластик (органическое стекло, пластмасса).
Конфигурация контуров может быть самой разнообразной. Такую методику я использовал в опытном образце, прежде чем сделать антенну на печатной плате.
Настройка антенны.
Настройка антенны осуществляется двумя конденсаторами. Это контурный конденсатор, им настраиваю катушку в резонанс, и конденсатором связи добиваюсь максимального усиления на частоте резонанса или КСВ в пределах 1 — 2 или КБВ в пределах 1- 0,5. Всё зависит от прибора, на котором настраивают эту антенну.
Простой способ настройки
Понадобится генератор ВЧ и обычный тестер с детекторной головкой. На частоте генератора (72 МГц с напряжением на выходе 100 – 300 мВ) настраиваю конденсаторами контур в резонанс по максимальному показанию постоянного напряжения тестера.
Вместо тестера удобно использовать осциллограф с детекторной головкой. На генераторе устанавливал АМ сигнал с глубиной модуляции 15% и частотой модуляции 1 кГц. Резонанс устанавливается по максимальному уровню синусоидального сигнала осциллографа при несущей частоте генератора 72 МГц.
Амплитудно-частотная характеристика контура полностью совпадает с АЧХ прибора Х1 – 42, а сама форма АЧХ совпадает с характеристикой измерителя нелинейных цепей.
А так будет выглядеть АЧХ колебательного контура в программе RFSimm99.